Герметичность чугуна

22.10.2019

Определение герметичности отливок производится обычно односторонним продавливанием жидкости или газа под высоким давлением. Герметичность, представляющая собой сопротивление проникновению через стенку отливки жидкости или газа, может оцениваться либо скоростью утечки жидкости или падением давления в испытуемой отливке, либо толщиной стенки или величиной давления, при которых начинает обнаруживаться течь.

Основным фактором, определяющим герметичность отливок, является наличие в них пористости и раковин. При этом главную роль играют «транзитные», т. е. соединяющиеся между собой, дефекты этого рода. Суждение о герметичности по плотности или удельному весу материала не всегда правильно, так как эти чисто физические свойства, как видно из формулы (III.70), зависят не только и даже не столько от пористости, сколько от химического состава и структуры металла, тем более, что даже при прочих равных условиях герметичность определяется не всей пористостью, а только ее «транзитной» частью.

«Транзитная» пористость может быть определена путем пропитки образца жидким парафином или другой жидкостью с последующим взвешиванием для определения увеличения веса, а значит и объема проникшей жидкости. Следует, однако, иметь в виду, что транзитная пористость может увеличиваться за счет разрушения перемычек между отдельными порами под влиянием давления жидкости, вследствие чего замкнутая пористость превращается в транзитную. Поэтому растягивающие напряжения опаснее сжимающих. Полагая, что между транзитной и замкнутой пористостью существует какая-то связь, надо стремиться к минимальной общей микро- и особенно макропористости в отливках, работающих под давлением.

Однако мнения расходятся по вопросу о том, какая пористость наиболее ответственна при низкой герметичности — графитная или усадочная и газовая. Этот вопрос может быть решен только на основе анализа влияния разных факторов на герметичность.

Как показали в свое время А.А. Бочаров и В.А. Свидерская, герметичность цветных сплавов понижается с увеличением интервала кристаллизации. Однако чугун, вследствие процессов графитизации, не следует этому правилу. Наибольшей герметичностью, как показали исследования автора совместно с А.Г. Алексеевым, В.М. Голодом и Н.Н. Егоровой (рис. 292), характеризуется чугун с низким содержанием углерода, а следовательно, с большим удельным весом, несмотря па большой интервал кристаллизации, что объясняется уменьшением количества графита, размельчением его выделений и более плотной матрицей.
Герметичность чугуна

То же раньше указали А.И. Смирнов и А.А. Сотников, которые на основе законов фильтрации определяют герметичность (G) как величину, обратную объему жидкости, протекшей под давлением р кГ/см2 через столбик материала с поперечным сечением 1 см2 и высотой, равной толщине стенки х в мм,

где Q в см3 — количество жидкости, протекшее через сечение F в см2 за время т в ч;

n — динамическая вязкость жидкости в спз.

При этом экспериментально было установлено, что герметичность пропорциональна толщине отливки в степени n = 2,2/3,0, и на основе этого определена удельная герметичность

характеризующая уже только материал и его основной показатель — пористость. И, действительно, как видно из рис. 293, а, удельная герметичность понижается с увеличением пористости П чугуна, причем последняя возрастает с содержанием кремния в чугуне:

Экспериментально показано (рис. 293, б) и увеличение герметичности с уменьшением толщины отливки, что также связано с изменением пористости. Поэтому не вызывает сомнений, что грубый графит часто является причиной низкой герметичности отливок. Чугун с мелким графитом, как было указано, может выдержать высокое давление. Нужно полагать, что ответственными за низкую герметичность являются также микропоры, образующиеся при охлаждении между грубым графитом и матрицей вследствие разных коэффициентов расширения. Кроме того, грубый графит понижает прочность чугуна и, следовательно, облегчает разрушение перемычек между порами или графитными выделениями. Поэтому увеличение прочности, например путем легирования малоуглеродистого чугуна, повышает его герметичность (рис. 292); легирование же чугуна с высоким углеродным эквивалентом может и не сказаться на его герметичности вследствие малого изменения прочности. Особенно полезна в отношении герметичности медь, фосфор же рекомендуется в количестве не выше 0,12%.

Следует отметить, что, несмотря на наличие графита, герметичность чугуна достаточно велика, если в отливках отсутствуют литейные пороки. Опыты автора показали полную герметичность втулок толщиной 2 мм при давлении воды или керосина в пределах до 100—150 am. В других опытах не было обнаружено пропуска газа (H2) через пластинки высококачественного чугуна толщиной 0,5—2,0 мм при давлении 150—175 am, и даже чугун с крупным графитом показал в этих условиях малую пропускаемость. Многие чугунные отливки с мелким графитом и низким содержанием фосфора при отсутствии волосяных трещин могут хорошо противостоять давлению жидкости до 1000 am и давлению газов до 700 am. Следует только иметь в виду, что при воздействии жидкостей и газов, в особенности при повышенных температурах, возможно их химическое взаимодействие с чугуном, например:

Так же может действовать и CO2. В чугуне благодаря обезуглероживанию создаются канальцы, по которым проникает и улетучивается газ. Этот процесс протекает тем быстрее, чем выше температура и чем крупнее и разветвленнее выделения графита. Поэтому, как видно из рис. 294, потери через стенки отливок увеличиваются с повышением температуры и содержания кремния в чугуне.

Важным фактором герметичности чугуна является также его газосодержание. И, действительно, исследования автора и Л.Р. Штейнберга (рис. 295) показали, что продувка чугуна газами, а следовательно, и уменьшение газосодержания заметно повышают его герметичность. Поэтому и модифицирование может быть в этом отношении иногда полезно, несмотря па увеличение усадочных пороков.

Таким образом, условиями получения высокой герметичности чугунных отливок являются правильный технологический процесс, обеспечивающий отсутствие макро- и микропор, и правильный подбор состава чугуна, его жидкого состояния и скорости охлаждения, при которых получаются мелкий и разобщенный графит и высокие механические свойства.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна